Морские ЛДПС
Основу локальных функциональных дополнений составляют дифференциальные подсистемы, которые решают все задачи, связанные с контролем целостности, повышением точности. Локальные ДПС СРНС имеют максимальные дальности действия от ККС до 50…200 км. ЛДПС чаще всего включают одну контрольно-корректирующую станцию (ККС), аппаратуру управления и контроля (в том числе контроля целостности) и средства передачи данных.
Морские ЛДПС
Морские ЛДПС предназначены для обеспечения корректирующей информацией и информацией о целостности в основном морских судов и поэтому размещаются вдоль береговой линии материков и по берегам крупных внутренних водоемов. Морские ЛДПС размещены, в частности, в США (практически по всему побережью), по периметру о. Исландия, по побережью Италии и других стран Европы. Двенадцать радиомаяков размещено вдоль побережья Австралии. Отмечается также их размещение в Китае, Индии, Южной Африке, Великобритании, Канаде и в ряде других мест. Отметим, что к середине 1998 г. насчитывалось 187 таких радиомаяков в 28 странах мира.
Точность определения координат (с вероятностью более 0,95) при совместном использовании ГЛОНАСС и GPS составит от 2 до 4,5 м. Надежность обслуживания и доступность составят соответственно более 0,9997 и 0,998 при времени предупреждения об отказе лучше 10 с. Для морских ЛДПС самым экономичным решением является использование в качестве ЛПД всенаправленных средневолновых радиомаяков, работающих в диапазоне от 283,5 до 325 кГц. При этом применяется манипуляция с минимальным фазовым сдвигом (MSK). Возможная скорость передачи данных — от 25 до 100 бит/с.
В случае передачи поправок для ГЛОНАСС скорость передачи составляет 25 бит/с, при работе с GPS без селективного доступа и с селективным доступом скорости передачи составляют соответственно 50 и 100 бит/с. Такая манипуляция не мешает выполнению основной задачи РМ — определению направления. Всенаправленные средневолновые радиомаяки (РМ) обеспечивают дальность действия до 200 км.
Для помехоустойчивого кодирования используются корректирующие коды Рида-Соломона. Основным недостатком выбранной ЛПД, тем не менее, является ее подверженность помехам, например, из-за разрядов статического электричества в осадках (дождь, снег и т. п.).
Корректирующая информация морских ЛДПС передается в соответствии с общепринятым стандартом RTCM SC-104, разработанным первоначально для GPS Специальным комитетом 104 радиотехнической комиссии по мореплаванию США и поддержанном МАМС (Международной ассоциацией маячных служб). Версия 2.2 этого стандарта создана для того, чтобы учесть и использование дифференциального режима ГЛОНАСС. Последующее изложение основано на этом материале.
Формат RTCM SC-104 предусматривает использование 30-битовых слов; из них 24 бита являются информационными, следующие за ними 6 бит — контрольные. Каждое сообщение имеет заголовок из двух слов, следующие за ним слова передаваемых данных специфичны для каждого конкретного типа сообщения. Поправки и неоперативная вспомогательная информация передаются в качестве непрерывного потока сообщений, состоящих из отдельных информационных кадров. Одно сообщение включает (N+2) слова.
Основные сообщения ЛДПС СРНС ГЛОНАСС/GPS
Формат и содержание сообщений о поправках ГЛОНАСС идентичны формату и содержанию соответствующих сообщений GPS, однако имеются некоторые отличия, связанные с несколько иной структурой координат и временной шкалы ГЛОНАСС, а также с содержанием информационных кадров навигационного сообщения ГЛОНАСС.
Имеются также отличия в заголовках сообщений. Сообщение 31 (N>1) содержит корректирующие поправки для всех «видимых» КА. В отличие от сообщения 31 сообщение 34 содержит поправки лишь для подгруппы из этих «видимых» КА, общим числом не более 9. Сообщение 32 содержит информацию о координатах ККС в системе ПЗ-90. Формат и содержание этого сообщения идентичны сообщению 3 для GPS, но координаты в сообщении 3 представлены в системе WGS-84. Сообщение 34 (Т=0 или 1) используется для вспомогательных целей (обеспечения непрерывности передачи); например, когда ККС не готова послать другую информацию, для синхронизации в некоторых специфических случаях и т. д. Сообщение 35 предусмотрено для радиомаяков, передающих поправки для ГЛОНАСС, и содержит информацию о местонахождении, частоте несущей и зоне действия радиомаяка. Оно используется для того, чтобы облегчить восприятие сигнала радиомаяка потребителем.
Координаты РМ передаются в системе координат ПЗ-90. Каждый РМ передает также информацию о двух или трех близлежащих РМ сети. Зона действия РМ характеризуется расстоянием от РМ, на котором отношение сигнал/помеха в полосе сигнала превышает 7 дБ в 99,9 процентах времени данного сезона. РМ идентифицируется в соответствии с положениями МАМС.
Сообщение типа 36 идентично сообщению типа 16, но информация о безопасности навигации будет передаваться как на русском, так и на английском языках.
Частота передачи сообщений ЛДПС ГЛОНАСС/GPS
- обеспечение высокоточного судовождения на внутренних водных путях (реках, озерах и водохранилищах);
- рыбный промысел в прибрежных водах, узких местах и в районах со сложной навигационной обстановкой;
- высокоточный промер глубин в прибрежных водах и узких местах;
- точное выставление и контроль за местоположением плавучих средств навигационного ограждения как на море, так и на реках и в узких местах;
- прокладка кабелей и трубопроводов как в прибрежных водах, так и в открытом море;
- геодезические и другие научные исследования в любых районах мира;
- обеспечение добычи полезных ископаемых и проведения необходимых изыскательских работ.
Дифференциальные сети на базе наземных радиомаяков
Первоначально дифференциальные сети на базе береговых радиомаяков создавались для обеспечения передачи дифференциальных поправок морским и речным судам с целью повышения безопасности плавания в портах, в районах прибрежных навигационных опасностей. Морские ДПС используют в качестве линий передачи данных всенаправленные средневолновые радиомаяки (283,5…325 кГц) с дальностью действия 200…300 км. При этом применяется манипуляция с минимальным фазовым сдвигом (MSK). Возможная скорость передачи данных составляет от 25 до 100 бит/сек.
Радиомаяки размещены практически по всему побережью США, по периметру о. Исландия, по побережью Италии. 12 радиомаяков размещены вдоль побережья Австралии. Есть они и в Китае, Индии, Южной Африке, Англии, Канаде и других странах. К середине 1998 года насчитывалось 187 маяков в 28 странах мира. В России в настоящее время существует всего 3 радиомаяка.
Вследствие своей всенаправленности, радиомаяки обеспечивают высокоточными дифференциальными поправками не только акватории морей, но и береговые территории. Это позволило в дальнейшем, в частности, в США, на их базе создать и развивать Национальную DGPS для обеспечения и наземных потребителей, в первую очередь для железных дорог. Сигналы маяков Соединенных Штатов охватывают оба побережья, Mиссисипи и Великие озера. Точность местоопределений с использованием коррекций от радиомаяков изменяется в зависимости от специфики маяка (типа оборудования, скорости передачи данных) и обычно может быть достигнута от 1 до 10 м. Особенностью использования данных от радиомаяков является их общедоступность и бесплатность. Отсутствие необходимости авторизации пользователя часто является немаловажным фактором при выборе того или иного решения.
Зона покрытия системы наземных радиомаяков
Дифференциальные данные в подобных сетях передаются в стандарте для морских потребителей RTCM. Формат передачи данных RTCM SC-104 был разработан специальным комитетом 104 при радиотехнической комиссии морских служб (RTCM SC-104). Стандарт RTCM содержит сообщения нескольких типов. В основном сообщении 1-го типа содержатся поправки к псевдодальностям по каждому спутнику, привязанные к определенному моменту времени.
Общий формат кадра
Таблица 6. Структура заголовка
Формат передачи поправок по всем спутникам
Структура информационного блока дифференциальной поправки
Источник
Принято различать широкозонные, региональные и локальные дифференциальные подсистемы, хотя такое деление зачастую является условным
Спутниковые навигационные системы позволяют определить координаты потребителя с точностью порядка 1О. 15 метров. Но в ряде случаев требуется более высокая точность определения. К таким случаям относятся геодезические измерения и картография, строительные работы, точная проводка судов в береговой зоне, навигация в городских условиях и т.д. Добиться существенного увеличения точности определения координат (до единиц и долей сантиметра) удается при помощи функционального дополнения к СНС, называемого дифференциальной подсистемой. Основу дифференциальной подсистемы составляет наземная контрольно-корректирующая станция (ККС), координаты которой известны и определены с большой точностью. Как правило, в подобных случаях говорят о координатах фазового центра приемной антенны. Путем сравнения измеренных значений псевдодальностей до спутников с достоверными значениями, вычисленными на основе полученной от главной станции информации об орбитах НКА, вычисляются поправки к псевдодальностям. Полученные значения поправок передаются потребителям по специально выделенным линиям передачи данных. Потребитель должен иметь соответствующий приемник, оснащенный модулем для приема радиосигналов ККС.
Как правило, расстояние между потребителем и наземной ККС пренебрежимо мало по сравнению с расстоянием до НКА. Поэтому с большой долей приближения можно считать, что на расстояниях до 200 — 300 км потребитель и ККС находятся в идентичном по всем параметрам навигационном поле. Следовательно, поправки, вычисленные для ККС, справедливы и для потребителя. Так, при расстоянии между ККС и потребителем, составляющем 100 км, погрешность определения координат потребителя, вызванная непостоянством ошибок псевдодальности в пространстве составляет единицы сантиметров, а при расстоянии до ККС порядка 1ООО км — десятки сантиметров. На практике стараются располагать ККС не далее 500 км от целевых потребителей.
Принято различать широкозонные, региональные и локальные дифференциальные подсистемы, хотя такое деление зачастую является условным.
Широкозонные дифференциальные подсистемы (ШДПС). Основой широкозонной подсистемы является сеть специальных широкозонных ККС, информация о поправках с которых передается на главную станцию. После дополнительной проверки на главной станции вырабатывается комплекс общих поправок и сигналов целостности. Выработанные сигналы передаются, как правило, на геостационарные спутники, с которых транслируются на приемники потребителей. Применение геостационарных спуrников позволяет обеспечить радиус рабочей зоны порядка 5000. 6000 км. Достаточно часто ККС, входящие в состав широкозонной подсистемы, обеспечивают и локальный сервис с применением дополнительных каналов передачи данных.
Примером развитой ШДПС может являться сервис, предоставляемый компанией «OmniSTAR» (подразделение корпорации «Fugro»). В данном случае поправки транслируются на всю поверхность земного шара через созвездие геостационарных спутников. Сервис является платным. Для клиента, заявившего о приблизительной зоне своего местонахождения, формируется комплекс индивидуальных поправок, именуемый виртуальной базовой станцией (VBS). Могут быть сформированы VBS с континентальным, региональным и локальным охватом.
Региональные дифференциальные подсистемы (РДПС) имеют диаметр зоны обслуживания от 400 до 2000 км и предназначены для навигационного обеспечения отдельных регионов континента или моря/океана. В состав РДПС входят одна или несколько ККС, а также аппаратура контроля целостности и средства передачи данных потребителю. Эти данные вырабатываются либо на главной станции, либо непосредственно на ККС.
Локальные дифференциальные подсистемы (ЛДПС) функционируют при дальностях до потребителя в диапазоне 50. 200 км и обычно имеют в своем составе одну ККС, аппаратуру управления и контроля целостности и средства передачи данных. В качестве аппаратуры передачи данных ЛДПС часто применяют имеющиеся радиомаяки, уплотняя их сигнал и включая в него данные от ЛДПС. Такое решение обосновано экономически, но сигнал радиомаяков, часто работающих в средневолновом диапазоне, весьма подвержен помехам и не позволяет передавать данные с большой скоростью.
Локальные дифференциальные подсистемы обычно разделяют по способу их применения на морские, авиационные и геодезические. Морские ЛДПС предназначены для обеспечения мореплавания в проливах, каналах, акваториях портов и гаваней. Авиационные ЛДПС обеспечивают точный заход на посадку и посадку воздушного судна. Геодезические ЛДПС используются при проведении исследований движения земной коры, землемерных, крупных строительных и иных специальных работ.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник